无人机+高光谱带来森林病虫害遥感监测新转机

森林病虫害遥感监测新转机

松材线虫病(Bursaphelenchus xylophilus)又称松树枯萎病，是全球森林生态系统中最具危害性的病害之一。自1991年松材线虫病入侵宁波市象山县以来，这场旷日持久的“松林保卫战”一转眼已持续了30年。

松材线虫项目范围

松树是浙江省造林先锋树种，其规模几乎占到全省森林总面积的“半壁江山”，然而即便是坚韧耐旱如它的常青树种，一旦被松材线虫病侵染，也会迅速泛黄枯死，甚至将病害随着疫木及其制品持续向周围传播开去，蔓延成灾。因此，对于松材线虫病的防治、监测和消杀一直是我国林业生态监管工作的重中之重，松材线虫也被列在“重要（典型）有害生物”中植物病害的首位。

多年来，对松材线虫病科学防治、有效监测的相关研究始终未曾懈怠。单纯依靠森林病虫害防治工作者及护林员的人工勘查、抽样定点监测，很难全面、有效地掌握大面积山林中疫木的空间分布情况，从而导致监测和处置的效率降低。

2019年我院联合市森防站成立了一支科研团队，针对当前松材线虫病监测工作中遇到的监测数据源单一、监测手段人工依赖性强等亟需解决的要点难点问题集中开展了技术攻关，以期探求我市森林病虫害遥感监测的新转机，“天空地协同的松材线虫病疫情遥感监测关键技术研究”项目应运而生。

现场工作照

该项目充分利用我院无人机和Cubert-S185成像高光谱传感器等基础设施装备，同时创新性地引入高光谱遥感技术应用于松材线虫病枯死树识别和监测工作，实现了高空间分辨率卫星遥感影像数据、低空无人机高光谱遥感数据与地面遥感采样数据和实地踏勘核实数据等多源多平台数据的综合利用和有效融合。

“天-空-地”一体化遥感数据采集

地面遥感采样数据和实地踏勘核实数据是研究的重要基底和验证数据。项目实施期间，项目组成员抽样采集了研究区发病枯死松树的准确空间位置和实测光谱数据，并将采集的地面数据进行清洗整理，形成松材线虫病枯死树光谱样本，为系统性研究宁波市松材线虫病枯死树高光谱遥感图谱特征提供了数据支撑。

低空无人机高光谱遥感数据，具有空间分辨率高（优于0.15m）、光谱分辨率高（4nm）的优势，在项目关注的重点发病区跃龙街道和桃源街道采集了1.5万亩高光谱遥感影像数据。

在此基础上，项目组提出并建立了松材线虫病枯死树的光谱特征指数，实现了基于无人机高光谱遥感成像技术的松材线虫病枯死树智能化、精细化提取，提取准确率优于90%。

航天卫星遥感为大空间范围、高频高效时空监测提供了有效技术手段。利用无人机高光谱遥感提取的精细监测成果作为卫星遥感监测的“海量”训练数据，基于样本迁移算法实现多源数据间的相互利用和优势互补，采用随机森林机器学习算法完成了松材线虫病枯死树宏观监测尺度上的高效化空间分布信息提取。

科技成果转化落地

2020年，该项目正式申请立项为首批浙江省自然资源厅科技项目，通过项目实施，形成了一批具有自主知识产权的科技成果，包括发明专利一项（已进入实质性审查阶段），撰写论文2篇。此外，项目关键技术已通过科技成果查新，并完成自然资源部科技成果登记。

2021年11月1日，该项目顺利通过了省自然资源厅在杭州组织的项目验收。由浙江省自然资源厅、浙江省测绘科学技术研究院、国家林草局华东院、杭州市钱投集团及浙江工业大学等有关专家组成的项目验收组充分肯定了项目的研究价值、现实意义以及项目形成的科技成果，一致同意项目验收通过。

项目形成的天空地一体化松材线虫病疫情遥感监测技术方案已顺利在实际工作中实现技术转化，目前已应用于宁波市自然资源规划局森林病虫害防治站2020和2021年度松材线虫病疫情监测及疫木处置评估等工作中，为摸清宁波市病害疫情底数，有效提高宁波市森林病虫害监测效率和科学化管理水平提供遥感技术支撑。